Ultrazvukom rozumieme mechanické kmity o frekvencii vyššej ako je frekvenčná hranica počuteľnosti ucha, t.j. vyššej než 20 kHz. Pre diagnostické účely sa však používajú frekvencie s megaHzovými hodnotami. Ultrazvukové kmity sa pružným prostredím šíria formou vlnení, v mäkkých tkanivách a tekutinách ľudského tela formou vlnenia pozdĺžneho. Iba v kostiach sa ultrazvuk šíri tiež formou priečneho vlnenia.
Každé prostredie, či už živé alebo neživé, je z akustického hľadiska charakterizované niekoľkými parametrami. Najdôležitejšími z nich sú rýchlosť šírenia ultrazvuku daným prostredím (fázová rýchlosť), akustická impedancia a útlm. Množstvo akustickej energie odrážanej na akustickom rozhraní, je funkciou rozdielu akustických impedancii tkanív, tvoriacich toto rozhranie.
Historický vývoj a typy zobrazenia
Na počiatku vývoja ultrazvukových diagnostických metód boli odrazy od tkanivových štruktúr spracovávané analógovo. Odraz - echo ultrazvukového signálu bol v elektroakustickom meniči premenený na elektrický signál, ktorý bol taktiež ďalej spracovaný a zobrazený. K jeho zobrazeniu bolo treba používať špeciálne obrazovky.
Najjednoduchším typom ultrazvukového obrazu je jednorozmerné zobrazenie A, charakterizované sledom výchyliek časovej základne osciloskopu. Poloha výchylky zodpovedá miestu odrazu, jej amplitúda množstvu odrazenej akustickej energie. Tento typ zobrazenia je používaný v oftalmológii.
Rozhodujúcim medzníkom vo vývoji ultrazvukových diagnostických metód však bolo zavedenie dvojrozmerného zobrazenia, označovaného ako zobrazenie B. Pre potreby kardiologického vyšetrenia bola preto spracovaná metóda zobrazenia M. Pri zachytení pohybujúcej sa štruktúry A - obrazom sa na obrazovke objaví tzv. plávajúce echo, z ktorého je možné rozoznať len hranice pohybu.
Moderné technológie a spracovanie obrazu
Súčasné ultrasonografy spracúvajú zachytené signály na princípe počítačovej technológie. Analógovú časť tvorí detekčný systém, t.j. Nasleduje digitálny prevodník, ktorý prevedie elektrický signál do číselnej podoby, v nej je ďalej spracovaný a zobrazený. Výhoda počítačovej technológie spočíva predovšetkým v širokej možnosti programovania. Je možné naprogramovať optimálne podmienky pre jednotlivé vyšetrenia, upravovať zachytený obraz.
V súčasnosti sa využíva výhradne zobrazenie B dynamického typu s rýchlym spôsobom snímania a širokou stupnicou šedej (128-256 odtieňov). Niekedy sa dynamické systémy označujú ako systémy pracujúce v reálnom čase. Všeobecne povedané, dynamické B- zobrazenie tvorí základ ultrazvukovej diagnostiky tým, že poskytuje morfologické informácie, t.j. obraz štruktúry vyšetrovaných tkanív.
Vysvetlenie ultrazvuku: ako to funguje?
Pokročilé techniky zobrazenia a ich výhody
Asi 20-25% pacientov je bežným dvojrozmerným ultrazvukovým zobrazením ťažko vyšetriteľných. K dosiahnutiu hodnotiteľného obrazu je nutné výrazne zvýšiť akustický výkon vysielaných ultrazvukových impulzov a predĺžiť dobu vyšetrenia. Viditeľného zvýšenia kvality obrazu u týchto pacientov a zvýšeniu kontrastného rozlíšenia u všetkých ostatných ide dosiahnuť bez aplikácie kontrastných látok, a to pomocou prirodzeného harmonického zobrazenia. Do tkaniva je vyslaný pomerne intenzívny ultrazvukový impulz o základnej frekvencii f. Prijímač však nezachycuje odrazy tejto základnej frekvencie, ale kmity harmonické s frekvenciou 2f. Tieto kmity sú ďalej odrazovo spracovávané. Energia harmonických kmitov, vznikajúcich v tkanivách, je v porovnaní s energiou vysielaného impulzu nízka. Obraz je ťažko interpretovateľný.
Vpravo na harmonickom obraze tohto pacienta je dobre rozlíšiteľný.
Presná kvantitatívna metóda diferenciácie schopnosti odrazu, analogická číselnému vyjadreniu denzity tkaniva pri CT vyšetrení, v ultrasonografii zatiaľ chýba. Aj pri konštantnom nastavení akustických parametrov zobrazenia, je schopnosť odrazu jednotlivých tkanív u rôznych jedincov rôzna. Súvisí to predovšetkým so somatickým typom vyšetrovaného a s útlmom ultrazvukového signálu vmezerenými tkanivami. Určitú možnosť zrovnania poskytujú histogramy schopné odraziť zvolené oblasti vyšetrení. sa o grafické znázornenie rozložení intenzít odrazov v priereze zvolenej plochy. Znázornenie histogramu je možné len na zmrazenom obraze a dovoľuje objektívnejšie porovnať schopnosť odrazu niekoľkých zvolených oblastí daného akustického rezu vyšetrovaného tkaniva. Najväčšiu diagnostickú cenu má porovnanie histogramov rôznych oblastí tohto ultrazvukového obrazu.
Trojrozmerné a štvordimenzionálne zobrazenie
Všeobecnou nevýhodou všetkých zobrazovacích metód je strata jedného rozmeru, t.j. redukcia informácie pochádzajúcej z objemovej jednotky do plošného dvojrozmerného obrazu. V ultrazvukovej technike sa v poslednej dobe objavuje snaha odstrániť tento nedostatok zmenou snímanej roviny počas vlastného zobrazenia. Dosahuje sa to pohybom sondy počas snímania obrazu. Sonda sa počas snímania buď lineárne posúva, nakláňa, alebo rotuje. Technológia rekonštrukcie obrazu je obdobná ako u iných moderných tomografických metód. Nevýhodou systémov 3D- zobrazení je príliš dlhý čas, nutný k rekonštrukcii zvoleného obrazu. V súčasnej dobe sa vyvíjajú systémy trojrozmerného zobrazenia pracujúce v reálnom čase. Používa sa pre ne označenie 4D- zobrazenia, pričom štvrtým rozmerom sa rozumie veľmi krátky časový úsek, potrebný k rekonštrukcii obrazu.
Širšie aplikácie ultrazvuku
Ultrazvuk vedia produkovať a používať rôzne živočíchy - napr. netopiere ho využívajú na orientáciu v priestore a lov, podobne delfíny využívajú ultrazvuk na orientáciu a lov. Ultrazvuk využívajú aj niektoré druhy hmyzu, napr. moskyty a mory. Viacero druhov živočíchov síce nevie ultrazvuk vyrobiť, ale počuje ho, napr. V praxi sa využíva vlastnosť ultrazvuku ohýbať sa a odrážať na materiálových prechodoch (teda tam, kde dochádza k zmene materiálu, a teda aj k zmene rýchlosti šírenia zvuku). Táto vlastnosť sa využíva napr. pri detekcii trhlín a hľadaní vnútorných dislokácií a porúch v materiáloch a technických výrobkoch nedeštruktívnym spôsobom tzv. Odrazy sa využívajú napr. na meranie vzdialeností (ultrazvukový diaľkomer), pre zistenie polohy a vzdialenosti telies v homogénnom prostredí sonar, echolot používaný postup sa volá echolokácia.
V medicíne sa používa napríklad pri lekárskom vyšetrení, pretože ultrazvukové vlny prechádzajú telom a odrážajú sa od jednotlivých orgánov. Odrazené vlny možno počítačovo previesť do formy obrazu (sonografia). Ultrazvuk sa využíva aj na čistenie, kde sa využíva kavitácia - mechanické odstránenie nečistôt rýchlymi nárazmi kvapaliny rozkmitanej ultrazvukom na čistený predmet. Technológia sa používa na čistenie zložitých tvarových dielov, napr. Ďalšou možnosťou technického využitia je zvlhčovanie vzduchu, keď sa voda „rozpráši“ ultrazvukovým generátorom na malé čiastočky, ktoré sú schopné sa vznášať vo vzduchu. Pretože voda nebola zahrievaná, vytvára sa vodná hmla bez pár. Táto technológia sa využíva aj pri inhaláciách, kde v inhalačnom prístroji sa „rozprašuje“ voda, resp.
tags: #stupnovita #mierka #ultrazvuk #mierka